淺析預應力無梁樓蓋安全管控要點

侯建斌

（海南天力建筑工程有限公司，海南 海口 570100）

0 引言

預應力無梁樓蓋傳力體系簡單直接、可壓縮層高保證凈高、節(jié)省地庫建造成本、在施工時可以節(jié)約模板，由于優(yōu)勢明顯，在目前階段還有大量使用。加強預應力無梁樓蓋的施工安全管控的研究是十分必要的。

預應力無梁樓蓋施工涉及的內容專業(yè)性強，對現(xiàn)場管理、操作人員素質要求高。雖然有專項的規(guī)范、施工驗收標準，但時常因對規(guī)范、標準不理解，導致對板柱節(jié)點、樓板開洞、預應力布設這幾個關鍵部位或工作管理不到位，對預應力無梁樓蓋造成安全隱患。因此需要對相關部位及工作展開深入探討。

1 預應力無梁樓蓋特點

預應力無梁樓蓋結構體系是目前運用較多的結構形式，規(guī)范規(guī)定計算預應力無梁樓蓋承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的荷載組合時，預應力應參與計算。無梁樓蓋在外荷載作用前，在結構或構件受拉區(qū)，通過對預應力筋進行張拉、錨固，在樓蓋結構產生內應力。內應力的大小與分布能抵消或減小外荷載所產生的壓力。較之傳統(tǒng)的無梁樓蓋體系，預應力無梁樓蓋可以實現(xiàn)更小的板厚和良好的受力性能，集整體性較好、撓度小、空間較大、經濟性較好的優(yōu)點。采用預應力無梁樓蓋具有比較明顯的優(yōu)勢。

目前預應力無梁樓蓋按預應力的的粘結方式分為無粘結預應力式和有粘結預應力式。在防空地下室范圍，無梁樓蓋不得采用無粘接預應力混凝土結構。實際工程中在滿足人防面積要求的條件下，為降低工程成本，面積較大的地下室經常出現(xiàn)兩種預應力形式的無梁樓蓋。

2 板柱節(jié)點安全管控

預應力無梁樓蓋柱子與樓板連接處，在地下室覆土后及日常使用中，由于應力集中會有板頂裂縫。只要無梁樓蓋上部荷載不超過設計值，經過大量工程實踐，受力是安全的。但在超載、地震等荷載作用下，柱子頂端會產生水平裂縫，形成塑性鉸，導致內力重分布，影響結構安全。根據(jù) JGJ 369－2016《預應力混凝土結構設計規(guī)范》，在局部荷載或集中反力作用下，不配置箍筋或彎起鋼筋的板的受沖切承載力應符合下列規(guī)定［1］，如式（1）所示。

式中：βh為截面高度影響系數(shù)；ft為混凝土軸心抗拉強度設計值，N；σpc，m為計算截面周長上兩個方向混凝土有效預壓應力按長度的加權平均值，MPa；η為影響系數(shù)；um為計算截面的周長，mm；h0為截面有效高度，mm。

通過計算理論可見，預應力無梁樓蓋相對于一般鋼筋混凝土無梁樓蓋，可以大幅度提高板柱節(jié)點的抗沖切能力。即便如此，樓板與柱連接部位（柱帽）冗余度仍然比較小。

由于無梁樓蓋因結構中不設置明梁，導致樓板直接支撐在柱上，在板柱連接部位的截面產生較大的剪應力，容易發(fā)生沖切或者沖剪破壞。根據(jù)板底環(huán)形裂縫離沖切荷載的距離推算，板柱節(jié)點沖切破壞錐截面的傾角一般在20°～45°之間，第一處沖切面在柱頭兩側，第二處沖切面在托板折角兩側，具體位置如圖 1 所示。

圖1 沖切破壞示意圖

針對這兩個沖切面的安全問題，設計主要通過設置柱帽、在柱帽沖切破壞錐體面相交的范圍內設置暗梁及配置加強箍筋來確保節(jié)點安全。以下是有托板加腋、帶暗梁的預應力無梁樓蓋板柱節(jié)點設計圖（見圖 2）。

施工時須重點關注兩處沖切面涉及的工序質量。

圖2 板柱節(jié)點設計圖（單位：mm）

首先，保證對兩個沖切部位混凝土進行約束的箍筋質量，施工時對箍筋設置錯誤，會對板柱節(jié)點的安全設計造成較大的削弱?，F(xiàn)場該部位箍筋一般采用活口封閉式箍筋，箍筋的開口處，因鋼筋不連續(xù)，在受力后有張開趨勢。為避免頂板裂縫導致箍筋耐久性受影響及箍筋開口端錨固強度損失，箍筋活口應避開上部拉應力較大、裂縫較多部位。這就要求施工中確保托板內暗梁、柱邊0.2lo及托板外設計范圍箍筋彎鉤應朝下放置。同時柱帽內配置箍筋間距及加密長度嚴格執(zhí)行設計及規(guī)范要求。規(guī)范 18 G901－1《混凝土結構施工鋼筋排布規(guī)則與構造詳圖》（現(xiàn)澆混凝土框架、剪力墻、梁、板）對支座處暗梁箍筋加密區(qū)長度及箍筋間距有明確規(guī)定，箍筋排布范圍如圖 3 所示。

圖3 箍筋排布范圍（單位：mm）

其次，暗梁及板縱向鋼筋在節(jié)點位置遵守“能通則通”的設計原則。上部縱向鋼筋應貫穿節(jié)點或支座，不能保證全數(shù)貫通的，最低限度保證暗梁支座處的 1/2 上部縱向鋼筋應連續(xù)通長布置。梁的下部縱向鋼筋宜貫穿節(jié)點或支座，在設計搭接區(qū)域錯開布置。板底連續(xù)非預應力鋼筋應布置在板柱節(jié)點下部及預應力筋的下方，板底連續(xù)縱向普通鋼筋的連接位置，宜在距柱面 1.15 倍受拉鋼筋錨固長度la與 2 倍板厚的較大值以外，且宜避開板底受拉區(qū)范圍。受拉鋼筋錨固長度la應按現(xiàn)行國家標準 GB 50010－2010《混凝土結構設計規(guī)范》的規(guī)定取用［2］。

施工現(xiàn)場暗梁下部縱向鋼筋經常出現(xiàn)在柱節(jié)點統(tǒng)一斷開錨固的情況，該做法難以滿足鋼筋凈距要求。同時鋼筋密集，混凝土澆搗易出現(xiàn)缺陷，對在此斷開錨固的鋼筋錨固受力影響極大，對板柱節(jié)點造成削弱。雖然規(guī)范不強制要求全數(shù)在節(jié)點外連接，但項目的鋼筋精細化管理，這里就能體現(xiàn)出來。

最后，保證板柱節(jié)點內的預應力筋布置。板柱結構體系布筋時，要求柱上板帶任何一向穿過柱子的無粘結預應力筋不得少于 2 根（見圖 4），預應力筋應布置在節(jié)點上部，從節(jié)點兩側按設計線型下彎。此種布置方式沿柱軸線對暗梁施加了預應力，有利于對暗梁內平板形成支撐，同時也保證板柱節(jié)點的受沖切承載力，施工中需注意這一做法。

圖4 柱內預應力筋布置

3 樓板開洞安全管控

無梁樓板施工階段，由于主體施工垂直運輸需求，不可避免需設置塔吊或吊料口。大面積地下室不可避免塔吊要穿越地下室無梁樓板結構。針對該情況要提前做好塔吊選型及施工策劃，在考慮塔吊覆蓋范圍、上部結構附墻位置、塔吊基礎空間及地質條件的前提下，還要綜合考慮開洞對地下室頂板的不利影響。對于吊料口宜通過優(yōu)化施工組織及施工順序、提前施工車道口、優(yōu)化出料線路，達到不設置或減少設置數(shù)量的目的。

施工策劃時，對于穿無梁樓板洞口應避開以下位置：受沖切的柱帽范圍，對周邊板起支撐作用的暗梁范圍，鋼筋及預應力相交較密的柱上板帶相交區(qū)域、柱上板帶與跨中板帶相交區(qū)域；擇優(yōu)選擇位置。對開洞的位置應及時提供給設計單位及預應力深化單位，做好對無梁樓板洞口的加固措施，涉及人防的還應經人防設計單位進行確認，不得擅自留設洞口。

郭達文等［3］以地下室無梁樓板靠側壁位置開洞情況為研究對象，考慮了 4 種洞口尺寸影響，計算和分析了洞口對無梁樓板的影響，及給出具體的補強措施，分析結果表明：洞口對無梁樓板受力影響較為明顯，在工程中應予以重視，開洞后垂直洞口方向彎矩增幅較大；沿傳力方向洞邊，暗梁寬可取 0.5 倍洞長，暗梁長可由側壁至跨中，補強筋可取支座計算配筋的 0.3～0.5 倍，暗梁箍筋可按 GB 50010－2010《混凝土結構設計規(guī)范》11.9.5 條構造；垂直傳力方向洞邊，暗梁寬可由洞邊至 3/4L處（即到柱上板帶邊，L為跨度），暗梁長可取洞寬，從洞邊到跨中區(qū)域補強筋可取 3/4L處計算配筋。暗梁箍筋可按 GB 50010－2010《混凝土結構設計規(guī)范》11.9.5 條構造。從跨中至 3/4L補強筋可取 0.25 倍 3/4L處計算配筋，箍筋可不用配置。

以上研究可為洞口加固提供相關思路，針對無梁樓蓋開洞事項應會同設計單位、人防單位、預應力深化單位聯(lián)合策劃，以確保結構加固措施策劃到位，確保安全。以下是無梁樓蓋預留 3 m×3 m 塔吊洞口的加固大樣（見圖 5）。需要注意的是洞口在采用此類加固方案后，施工方仍需設置相應的頂板支撐，同時靠洞口側邊應預留一段距離以便設置止水鋼板，避免對加固鋼筋、加固暗梁、地下頂板防水造成影響。對于經過洞口預應力也應進行深化（見圖 6）。由于洞口周邊板塊預應力筋在洞口處均截斷，應在洞口四周設置張拉端，采取一端張拉的方式處理，洞口對邊對于甩出預應力筋在洞口中采取搭接構造。采用洞口內搭接的方式能提前對周邊板塊張拉，較好地保證周邊板塊的回填進度及回填安全，但洞口封閉前應控制洞口附近材料堆載，若提前回填，應采用小型挖機或輪式挖機將土運至回填部位，配合人工鋪攤，夯實。

圖5 無梁樓蓋洞口加固大樣（單位：mm）

圖6 洞口預應力深化

4 預應力筋布設安全管控

預應力無梁樓板施工階段面臨非預應力筋，雙向預應力筋、水電管線鋪設等的布設，難免施工時會有交叉影響。交叉布置原則是應優(yōu)先滿足預應力筋布設要求，有沖突時，應在規(guī)范及設計允許的條件下調整非預應力鋼筋或線管的位置。

預應力時應設計圖紙曲線形式布置，嚴格控制預應力筋關鍵位置垂直高度，如反彎點的高度、最低點的高度、張拉端高度等。雙向配置時，還應注意預應力筋的鋪放順序。對于連續(xù)多跨板，因板跨不一、長短向尺寸不一、厚度變化等因素對雙向預應力筋曲線標高控制及交錯布置提出較高要求。

施工前進行人工或電算編序，以確定預應力筋的鋪放順序及高低（見圖 7）。通過標高數(shù)據(jù)對比縱橫向預應力筋交叉點高低，先鋪設較低的預應力筋，后鋪設高的預應力筋，避免調整新型時互相干擾，無法調整到位。

圖7 預應力筋電算編序

為確保預應力筋水平方向保持在一條直線上，施工中應在板面進行定距畫線標識，確保超長預應力布設順直。預應力線形垂直方向位置允許偏差根據(jù)構件截面高（厚）度在±5～±15 mm，相應控制要求高度?，F(xiàn)場施工隊經常采用鐵絲懸挑預應力筋固定在梁板面筋的方式來控制預應力反彎點高度及線型。采用此種方式，容易受鋼筋偏位影響，澆筑時容易導致預應力筋脫落及偏移，對預應力施工質量造成影響。施工時應避免采用該種固定方式。

預應力筋的固定應首選鋼筋馬凳控制。當無粘結預應力筋并束多于 4 根或采用無粘結預應力筋時，應采用φ12 鋼筋焊成不同高度的馬凳控制預應力筋矢高，馬凳與預應力筋宜采用 18 號扎絲纏扣綁扎，防止滑動，相應做法如圖 8 所示。同時每束預應力筋至少設置 3 個預應力標高控制點，相應位置設置馬凳，涂刷油漆進行標識，以方便檢查。

圖8 馬凳控制預應力筋矢高

預應力筋布設完畢，必須讓相關部門共同進行檢驗。用水準儀進行監(jiān)控、測量，確保預應力筋設計高度。驗收合格后，方能對混凝土進行澆搗。

5 預應力錨固端安全管控

5.1 壓花錨具

錨具是將預應力鋼筋永久性地錨固在構件上，并使構件產生預壓應力的關鍵部件。對于無粘結預應力筋錨固端一般采用擠壓錨具，有粘粘預應力筋錨固端多采用壓花錨具。主要原因是壓花錨具是最經濟的鋼絞線錨具，與其它錨具相比，工藝簡單，造價低。

壓花錨具梨花頭根部必須有一段裸露、干凈無油的鋼筋線，才能保證與混凝土相互作用，達到設計的錨固強度，單靠梨形壓花頭無法產生足夠的錨固力。這是規(guī)范對裸露鋼絞線長度有構造要求及無粘結預應力不應采用壓花錨具的原因。

規(guī)范要求梨形頭尺寸和直線錨固段長度不應小于設計值。梨形頭尺寸應符合：對φs15.2 鋼絞線不應小于φ95×150；對φs12.7 鋼絞線不應小于φ80×130；直線段長度，對φs15.2 鋼絞線不應小于 900 mm，對φs12.7 鋼絞線不應小于 700 mm［4］。

考慮在實際工程中錨固端基本設置在梁端或板端的負彎矩區(qū)域，由于錨具的握裹長度較長，無法通長建立有效應力值，而影響最大負彎矩截面的極限承載力值，可建議設計優(yōu)化為雙壓花錨具。雙壓花錨具的特點是 2 個壓花協(xié)同工作，小荷載時，基本上由前端壓花受力。即使在荷載水平很高的情況下，也是以前端壓花受力為主，尾端壓花分擔的力較小。但尾端壓花的存在，使前端壓花的變形和滑移受到約束，其花型保持了穩(wěn)定的構造形狀。雙壓花錨具承載能力比單壓花錨具明顯提高［5］。

對成束布置的多根鋼絞線壓花錨，應分排埋置在混凝土內，施工中對于多根預應力筋并束的錨固端應采用定制鋼筋網(wǎng)架控制梨形頭發(fā)散尺寸（見圖 9）。扁形固定端壓花式錨具應采用配套定位架或直條鋼筋控制梨形頭間距（見圖 10）。特別對梁端，墻端節(jié)點處由于鋼筋密集，需嚴格調整到位，避免振搗時端頭偏位，定位架應采取點焊及其它措施固定牢固。經現(xiàn)場檢查，該項措施經常有執(zhí)行不到位的情況，對錨固效率造成較大的削弱。

圖9 鋼筋網(wǎng)架控制梨形頭

圖10 扁形壓花式錨具固定

對于鋼絞線壓花錨具施工單位應根據(jù)施工進度加工，避免裸露預應力筋銹蝕，穿束前應將表面的污物擦拭干凈。對于采用壓花錨構件的混凝土建議提前與混凝土攪拌站協(xié)商，采用粒徑≤20 mm 的石子拌制，施工過程加強振搗，以為提高壓花錨周邊混凝土密實度，避免鋼絞線出現(xiàn)在遠未達到張拉控制應力時即發(fā)生明顯滑移的現(xiàn)象。

5.2 擠壓錨具

擠壓錨具是將套入擠壓簧的鋼絞線，通過擠壓套，利用擠壓機壓縮擠壓套，使之與鋼絞線套牢，預應力筋的拉力通過擠壓套傳遞至墊板再發(fā)散至結構。它由擠壓套、擠壓簧、墊板、約束圈、螺旋筋、鋼絞線、配套用電動油泵、專用擠壓機組成。

對于擠壓錨具，施工時應重點控制異形鋼絲襯圈的嵌入。現(xiàn)有 OVM 錨的 P 錨中在擠壓套與鋼絞線之間在擠壓前套放的擠壓簧是用直徑為 1 mm、材質為 65 Mn 的鋼絲，按所需直徑卷繞成形，按規(guī)定長度裁成一節(jié)一節(jié)，后經淬火使其硬度達到所需值，變成易脆性的擠壓載體。該擠壓簧在擠壓力作用下，鑲嵌在擠壓套內壁與鋼鉸線之間作為夾在擠壓套與鋼絞線之間的楔子，形成強大的摩阻力。

施工中應重點防控由于擠壓錨具制作質量不達標導致的錨固失效問題。由于構成擠壓簧的鋼絲其斷面是圓形的，錨固效率會降低，同時高碳鋼絲淬成高硬度后，脆性大、韌性差、易斷裂，套入前需嚴格檢查。否則其錨固效率系數(shù)難以達到≥95 %。對于擠壓錨具制作現(xiàn)場基本是采用人工套入，人工加工，對工人的操作水平及人員素質要求較高。施工前需對操作人員應嚴格考核。穿套前必須嚴格檢查擠壓簧是否完整，鋼絞線擠壓端的毛刺是否打磨干凈。

用手套入擠壓簧時應使之旋緊在鋼絞線上，通過擠壓?？缀髮⒂袛D壓簧的部位穿入擠壓套，將其抵在頂桿凹槽內。擠壓前需清除擠壓機頂桿凹槽內殘渣。

擠壓時，應確保鋼絞線、擠壓模、活塞桿三軸同心，擠壓過程不得中間停頓，應一次完成。擠壓通過擠壓模時，壓力表讀數(shù)應符合操作說明書的規(guī)定，最高油壓值不應超出電動油泵的額定壓力。擠壓后應測量錨頭外徑，對于 15 型錨具擠壓后外徑應≤30.65 mm，預應力筋應露出擠壓套端面 1～5 mm。如不符合要求應切掉重新擠壓，以確保擠壓套握裹牢固，防止張拉時脫筋。

安裝壓板時，應使擠壓套和 P 型錨板垂直密貼無縫隙，并束的預應力筋承壓鋼墊板不得重疊，螺旋筋不應重合。施工中經常會出現(xiàn)該類錨具處理不當?shù)默F(xiàn)象，如圖 11 所示。嚴重時會導致在預應力張拉過程中，承壓板下的混凝土局部下陷，沿承壓板周邊混凝土受剪切作用，出現(xiàn)局部承壓破壞，如圖 12 所示。因此張拉端承壓板必須頂緊張，要有可靠固定，并保持張拉作用線與承壓板面垂直。施工前需復核承壓鋼墊板材質、尺寸、厚度以及螺旋筋直徑、螺徑、螺距等參數(shù)滿足配套產品說明書及設計要求。

圖11 錨具處理不當

圖12 局部承壓破壞

6 預應力筋張拉端安全管控

對于采用凹入式張拉端做法的板端，墻和梁側張拉節(jié)點，由于錨具不外露出結構面，同時為了保證預應力筋保護層厚度，會對結構留置較大的穴模，對結構有削弱影響，應注意防控施工階段施工荷載的不利影響。

在張拉端的布置時，應考慮構件尺寸、局部承壓、錨固體系合理布置等，同時滿足張拉施工設備空間要求。對于后澆帶的張拉端，由于后澆帶寬度小，鋼筋阻礙，工作面寬度達不到要求。施工現(xiàn)場經常未按設計要求將張拉端設置在后澆帶內側端面，而是將張拉端彎折至頂板面上設置。該處理方法對于預應力線型，預應力筋質量及安全造成影響。施工時對于該部位可采取變角張拉工藝，以確保預應力施工質量及安全。

7 錨具防腐安全管控

研究發(fā)現(xiàn)在有粘結預應力混凝土結構中，預應力筋和混凝土之間可以靠水泥的粘結而傳遞剪力。通常，錨具處的應力變化幅度不大。而在無粘結預應力混凝土結構中，任何外荷載的去留都會在錨具處產生明顯的應力變化。如果組件有一處斷裂，則整根預應力筋失效，后果嚴重［6］。因此，對組裝件的反腐措施，應嚴格要求。

封錨前，應用砂輪切割機切斷切除多余鋼絞線，但鋼絞線外露長度不得小于 30 mm，并清理張拉槽孔和錨具上粘的雜物。張拉后，錨具及錨墊板表面涂刷環(huán)氧樹脂等防水防腐保護層，涂刷應均勻飽滿，不得漏涂和少涂。為了更好地達到防腐效果，應罩上封錨端塑料蓋帽，護套長度與鋼絞線外露長度應配套，確保端頭全部封蓋。

封閉張錨端，板應采用膨脹細石混凝土（同等級或高一級）對凹入錨頭進行封閉，墻、柱側壁可用水泥砂漿封錨。封錨時應保證細石混凝土的密實性和鋼絞線端部混凝土保護層厚度不小于 50 mm。

8 結語

通過上述的分析與實踐可知，對于預應力無梁樓蓋的板柱節(jié)點，應對兩個沖切面箍筋、節(jié)點內預應力筋、通過節(jié)點的普通鋼筋進行重點控制。對于節(jié)點處普通鋼筋的貫通與連接做法的選擇，反映施工管理的精細化水平。精細施工方式可避免衍生相關質量隱患，保證節(jié)點質量。對于樓板開洞問題，重點是要提前策劃，聯(lián)合會審、過程回頂。對于預應力張拉端、錨固端等部位，重點是控制制作質量、規(guī)范布設及嚴格防腐。目前工程中尚有許多影響預應力無梁樓板的因素及問題，需要進一步分析及嚴格控制，特別是對于先穿束有粘結預應力筋的張拉過程的銹蝕防治值得進一步研究。Q